物理化学在环境工程中的应用

物理化学在环境工程中的应用之思考

化学作为自然学科的中心学科之一，是研究物质性质及变化的科学。化学运动作为比物理运动更为高级的运动形式，自然会产生如下的结果，即化学运动中包含货伴随着物理运动。所以，化学变化和物理变化之间一定存在着紧密和不可分割的联系，而物理化学便成为研究这两种变化的学科分支。物理化学是在物理和化学两大学科基础上发展起来的。它以丰富的化学现象和体系为对象,大量采纳物理学的理论成就与实验技术,探索、归纳和研究化学的基本规律和理论,构成化学科学的理论基础。

一般公认的物理化学的研究内容大致可以概括为三个方面：

化学体系的宏观平衡性质以热力学的三个基本定律为理论基础，研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。在这一情况下，时间不是一个变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学热力学。溶液、胶体和表面化学。

化学体系的微观结构和性质以量子理论为理论基础，研究原子和分子的结构，物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构，以及结构与物性的规律性。属于这方面的物理化学分支学科有结构化学和量子化学。

化学体系的动态性质研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。在这一情况下，时间是重要的变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学动力学、催化、光化学和电化学。

环境工程是研究和从事防治环境污染和提高环境质量的科学技术。环境工程同生物学中的生态学、医学中的环境卫生学和环境医学，以及环境物理学和环境化学有关。由于环境工程处在初创阶段，学科的领域还在发展，但其核心是环境污染源的治理。

人们对环境工程学这门学科还存在着不同的认识。有人认为，环境工程学是研究环境污染防治技术的原理和方法的学科，主要是研究对废气、废水、固体废物、噪声，以及对造成污染的放射性物质、热、电磁波等的防治技术；有人则认为环境工程学除研究污染防治技术外还应包括环境系统工程、环境影响评价、环境工程经济和环境监测技术等方面的研究。尽管对环境工程学的研究内容有不同的看法，但是从环境工程学发展的现状来看，其基本内容主要有大气污染防治工程、水污染防治工程、固体废物的处理和利用、环境污染综合防治、环境系统工程等几个方面。

从两门学科的划分来看，环境工程的研究内容还是有很多方面需要借助化学的一些经验和知识，当然也不乏物理化学，下面我将主要阐述及研究物理化学在水污染防治工程中的的污水处理中的应用:

水是一切生物生存和发展不可缺少的。水体中所含的物质非常复杂，元素周期表中的元素几乎都可在水体中找到。人类生产和生活消费活动排出的废水，尤其是工业废水、城市污水等大量进入水体造成水体污染。

因此，采用废水物理处理法、废水化学处理法、废水生物处理法和废水物理化学处理法等方法进行治理，以及充分利用环境自净能力，以防止、减轻直至消除水体污染，改善和保持水环境质量，并要制定废水排放标准，合理地利用水资源，加强水资源管理，就成为水污染防治工程的主要任务。

废水处理中的物理化学法是利用物理化学的原理和化工单元操作以去除水中的杂质。它的处理对象主要是废水中无机的或有机难降解的溶解性污染物或胶体物质。它是由物理方法和化学方法组成的废水处理系统或是包括物理过程和化学过程的单项处理方法，如气提，吹脱，吸附，萃取，离子交换，电解电渗析，反渗透等。

废水萃取处理法是利用萃取剂，通过萃取作用使废水净化的方法。根据一种溶

剂对不同物质具有不同溶解度这一性质，可将溶于废水中的某些污染物完全或部分分离出来。向废水中投加不溶于水或难溶于水的溶剂（萃取剂），使溶解于废水中的某些污染物（被萃取物）经萃取剂和废水两液相间界面转入萃取剂中。

萃取操作按处理物的物态可分固——液萃取、液——液萃取两类。工业废水的萃取处理属于后者，其操作流程：①混合，即使废水和萃取剂最大限度地接触；②分离，即使轻、重液层完全分离；③萃取剂再生，即萃取后，分离出被萃取物，回收萃取剂，重复使用。萃取剂的选择应满足：①对被萃取物的溶解度大，而对水的溶解度小；②与被萃取物的比重、沸点有足够差别；③具有化学稳定性，不与被萃取物起化学反应；④易于回收和再生；⑤价格低廉，来源充足。此法常用于较高浓度的含酚或含苯胺、苯、醋酸等工业废水的处理。

废水光氧化处理法是利用紫外光线和氧化剂的协同氧化作用分解废水中有机物，使废水净化的方法。废水氧化处理使用的氧化剂（氯、次氯酸盐、过氧化氢、臭氧等），因受温度影响，往往不能充分发挥其氧化能力；采用人工紫外光源照射废水，使废水中的氧化剂分子吸收光能而被激发，形成具有更强氧化性能的自由基，增强氧化剂的氧化能力，从而能迅速、有效地去除废水中的有机物。光氧化法适用于废水的高级处理，尤其适用于生物法和化学法难以氧化分解的有机废水的处理。

吸附法处理废水运用到了物理化学中的表面现象及胶体化学，它的原理是利用多孔性固体吸附废水中的一种或几种溶质，达到废水净化的目的或回收有用溶质的过程。电渗析法也是一种典型的运用到物理化学知识的方法，它是在直流电场的作用下，利用阴阳离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性，是溶液中溶质与水分离的一种物理化学过程。反渗透主要运用到渗透压的知识，其中渗透压是反渗透设计中的一个重要参数。

环境工程研究运用的物理化学知识很多，这里所提到的还知识冰山一角，再未来的学习中，我们应该继续保持这种研究探讨的精神将平时所学和工作中运用的方法联系起来，这样更有利于我们学习的兴趣与效率。